專利名稱：制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于涉及一種金屬板帶成形裝置，特別是涉及一種制備金屬板帶的連續(xù)流 變成形裝置。
背景技術：
金屬材料成形在國民經(jīng)濟發(fā)展中處于重要的基礎地位，其發(fā)展程度在一定意義上 決定著社會生產(chǎn)的發(fā)展水平。各類金屬板帶由于應用領域廣、產(chǎn)品用量大、質(zhì)量要求高，在 金屬材料成形中具有重要的地位。金屬半固態(tài)成形技術是利用金屬固液兩相區(qū)時具有球形晶粒的金屬具有良好的 流動性的特點進行成形的技術，它具有短流程、高效節(jié)能、產(chǎn)品組織性能優(yōu)良等特點，受到 世界各國的高度重視，在21世紀具有廣闊的應用前景。它包括觸變成形與流變成形兩種路 線。其中的流變成形是將制備的半固態(tài)金屬漿料直接進行加工成形，將半固態(tài)漿料制備與 產(chǎn)品成形連續(xù)化、一體化的成形技術。面臨節(jié)能、環(huán)保等全球性問題，金屬板材成形需要向節(jié)能、環(huán)保、節(jié)材的方向發(fā)展。 液態(tài)金屬連續(xù)成形技術可直接由液態(tài)金屬成形得到金屬板材，它具有短流程、高效、節(jié)能、 節(jié)材、產(chǎn)品組織性能好等優(yōu)點，受到國際上高度重視。目前用于板材生產(chǎn)的液態(tài)連續(xù)成形技術主要是連續(xù)鑄軋技術。連續(xù)鑄軋技術可直 接從液態(tài)金屬連續(xù)生產(chǎn)出金屬板材產(chǎn)品。但目前的連續(xù)鑄軋技術中存在如下技術問題(1) 鑄軋速度慢，效率低；連續(xù)鑄軋過程中液體金屬的凝固結(jié)晶需要短時間內(nèi)散失大量熱量，而 高溫熔體主要靠兩個軋輥來冷卻，冷卻面積小、冷卻強度低，迫使連續(xù)鑄軋過程中軋輥的轉(zhuǎn) 速很低以保證為金屬凝固提供足夠的冷卻強度，因此，連續(xù)鑄軋的速度緩慢、效率低下。⑵ 產(chǎn)品組織性能差；由于連續(xù)鑄軋得到的金屬板材是由液態(tài)金屬直接經(jīng)軋輥的冷卻凝固得到 的，雖有一些軋制變形，但其組織基本上還是由發(fā)達的枝晶構(gòu)成的鑄態(tài)組織，因此其組織性 能較差。(3)產(chǎn)品邊部質(zhì)量差；在連續(xù)鑄軋過程中，由于未對產(chǎn)品邊部形狀、尺寸進行控制， 鑄軋產(chǎn)品邊部易出現(xiàn)裂紋、缺口等缺陷；此外，由于鑄軋過程中在軋輥的軋制作用下，造成 了液相成分在邊部的偏聚，使鑄軋板帶的組織成分不均勻，影響了產(chǎn)品成材率，增加了生產(chǎn) 成本。(4)設備結(jié)構(gòu)復雜，控制難度大；在連續(xù)鑄軋過程中金屬液的側(cè)封、分流、布流乃至溫 度控制等都需要專門的設備組件，各個組件間的作用相對獨立，使得生產(chǎn)設備結(jié)構(gòu)復雜，生 產(chǎn)工藝控制難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有板帶液態(tài)連續(xù)成形技術，特別是連續(xù)鑄軋技術中存在的 問題，為實現(xiàn)由液態(tài)金屬直接成形得到產(chǎn)品，達到縮短工藝流程、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品 質(zhì)量、節(jié)約能源的目的，研制的一種制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置。本發(fā)明的裝置包括傾斜板、底座、電磁激振器和雙輥軋機，還包括雙輥軋機；所述 的傾斜板由進料段、制漿段和出料段依次連接構(gòu)成，各段均有一個底板和兩個側(cè)板；制漿段的底板下面與彈簧的上端連接在一起，彈簧的下端固定在底座上，電磁激振器的一端固定 在底座上，另一端與制漿段的底板下面連接，出料段的出口端靠近雙輥軋機，出料段的底板 和兩個側(cè)板與雙輥軋機上下兩個軋輥的輥面之間有間隙。上述的雙輥軋機的上軋輥上設有環(huán)形凸臺；下軋輥上設有環(huán)形凹槽；環(huán)形凸臺的 高度小于環(huán)形凹槽的深度，兩者的差值為0. 5 IOmm ；下軋輥的環(huán)形凹槽的側(cè)壁與上軋輥 的環(huán)形凸臺的側(cè)壁公差間隙0. Imm配合。上述的出料段的兩個側(cè)板在出口端均設有兩個弧形邊，兩個弧形邊分別與上軋輥 的輥面和下軋輥的輥面有0. 5 1. 5mm的間隙；出料段的底板出口端設有凸起，該凸起插入 環(huán)形凹槽中，出料段的底板出口端與下軋輥的輥面和環(huán)形凹槽之間有0. 5 1. 5_的間隙。上述的傾斜板的出料段的底板與水平面平行，進料段的底板與水平面之間的夾角 為20° 70°，制漿段與進料段兩者底板的夾角為120° 160°。上述的制漿段底板的上表面為波浪型或平面，當制漿段底板的上表面為波浪型 時，相鄰的波峰間距為30 60mm，相鄰的波峰與波谷之間的間距為10 20mm，相鄰的波峰 與波谷的高度差為1 10mm。上述的傾斜板的制漿段底板與電磁激振器垂直連接，振動時，傾斜板在制漿段底 板的垂直方向上振動，振動幅度為0. 5 1. 5mm。上述的傾斜板的材質(zhì)為紫銅或不銹鋼；傾斜板頂面為開放式或封閉式，封閉式傾 斜板用于易氧化的金屬熔體進行流變成形。上述的雙輥軋機的上下軋輥為水冷軋輥。本發(fā)明的裝置的使用方法為首先啟動電磁激振器，傾斜板在激振器和彈簧的作用下，在制漿段底板的垂直方 向上做反復振動，振動幅度為0. 5 1. 5mm,當振動狀態(tài)穩(wěn)定后，打開中間包出料口的液流 控制開關，使金屬熔體流入傾斜板的進料段。金屬熔體經(jīng)過制漿段時，在剪切/振動耦合場 的作用下同時逐漸冷卻，金屬的晶粒被細化和球化，獲得均勻球化的金屬半固態(tài)漿料，獲得 的金屬半固態(tài)漿料積聚在出料段，出料段積聚的半固態(tài)金屬漿料達到一定量后會沿輥縫方 向均勻分布。根據(jù)軋制的速度控制中間包上的液流控制開關，以控制金屬的澆注速度，使出 料段始終存有預定的金屬半固態(tài)漿料的量，因此可以保證鑄軋過程的連續(xù)性。隨著金屬半 固態(tài)漿料連續(xù)的進入雙輥軋機，在雙輥軋機軋制作用下即可得到了組織性能優(yōu)良的金屬板
市ο本發(fā)明的裝置將原有的發(fā)明專利(專利號ZL200710011510. 9)中的波浪型傾斜板 振動裝置做出了必要的改進后，與雙輥軋機組合在一起，由改進后的振動傾斜板代替了原 來雙輥鑄軋軋機中的進料嘴，這一改進，不但能起到進料作用，還由于加上了振動傾斜板的 作用，能夠為金屬料的快速降溫提供條件，因此可以大大提高金屬板帶連續(xù)流變成形的速 度，此外，由于振動傾斜板的作用，進料段內(nèi)的金屬漿料主要為由細小、球化的球形晶粒組 成的半固態(tài)漿料，這不但可以提高金屬材料的成形性能，還能大大提高成形板帶的組織性 能。與原有的波浪型傾斜板振動裝置相比，本裝置實現(xiàn)了金屬半固態(tài)漿料的制備與成型產(chǎn) 品的一體化、連續(xù)化生產(chǎn)，不但得到了原有波浪型傾斜板振動裝置制備的組織性能優(yōu)良的 半固態(tài)金屬漿料，還實現(xiàn)了金屬漿料的連續(xù)流變成形，使產(chǎn)品的組織性能大大提高，還實現(xiàn) 了金屬短流程、高效率的節(jié)能化生產(chǎn)，對節(jié)能、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重大的意義。
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本裝置中，傾斜板進料段圓弧面與軋輥輥面之間的間隙為0. 5 1. 5mm，此時由于 金屬熔體的表面張力作用，半固態(tài)金屬漿料不會從傾斜板和軋輥之間的縫隙流出。兩軋輥 采用了具有凸臺和凹槽的結(jié)構(gòu)，該設置方式不但省去了復雜的側(cè)封裝置，還可通過上下軋 輥的凸臺和凹槽對邊部進行限制，提高產(chǎn)品的邊部質(zhì)量。本發(fā)明的裝置采用了電磁激振器 作為封閉振動傾斜板的振源，與普通的機械振動相比，能夠大大提高振動的效果。本發(fā)明的裝置可以在傾斜板上設置加熱及冷卻裝置，能夠有效調(diào)節(jié)金屬漿料的溫 度；通過進料段內(nèi)始終存在一定量的金屬液，可省去分流等工序。傾斜板散熱性能良好，金 屬液流下的過程中金屬液大量散熱，降低金屬液在軋輥處需要散失的熱量，從而能大大提 高鑄軋速度。采用封閉振動傾斜板時，可以有效避免金屬液的氧化，對于易氧化的金屬的鑄 軋具有獨特的優(yōu)勢。采用的電磁激振器可提供的振動頻率范圍大大增加，通過振動頻率的 調(diào)整，可更加有效的對合金組織進行改善，防止金屬液在傾斜板表面結(jié)殼。


圖1為本發(fā)明實施例中的連續(xù)流變成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中的上下軋輥結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中的傾斜板剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例1中的出料段內(nèi)AZ31鎂合金的金相組織圖。上述圖中1下軋輥、2上軋輥、3出料段、4制漿段、5進料段、6彈簧、7底座、8中間 包、9電磁激振器、10激振器信號發(fā)生控制系統(tǒng)、11金屬板帶、12環(huán)形凸臺、13機架、14環(huán)形 凹槽、15波浪型制漿段底板。
具體實施例方式本發(fā)明實施例中的雙輥軋機的鑄軋輥直徑為100 1000mm，鑄軋輥寬度為100 3000mm，上軋輥上的環(huán)形凸臺寬度為10 2800mm，上軋輥上的環(huán)形凸臺高度為2 44mm， 下軋輥的環(huán)形凹槽的側(cè)壁與上軋輥的環(huán)形凸臺的側(cè)壁公差間隙0. Imm配合。本發(fā)明實施例中的雙輥軋機的上下軋輥為水冷軋輥。實施例1制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，該裝置包括傾斜板、底座7、 電磁激振器9和雙輥軋機，傾斜板分由進料段5、制漿段4和出料段3依次連接構(gòu)成，各段均 包括一個底板和兩個側(cè)板；制漿段底板為波浪型，波浪型制漿段底板15的下面與彈簧6的 上端連接在一起，彈簧6的下端固定在底座7上，電磁激振器9的一端固定在底座7上，另 一端與制漿段4的底板下面連接，出料段5的出口端靠近雙輥軋機，出料段5的底板和兩個 側(cè)板與雙輥軋機的上軋輥1和下軋輥2的輥面之間有0. 5mm的間隙。雙輥軋機包括機架13、上軋輥2和下軋輥1，兩個軋輥為水冷軋輥；上軋輥2上設 有環(huán)形凸臺12，環(huán)形凸臺12與上軋輥2同軸；下軋輥1上設有環(huán)形凹槽14，環(huán)形凹槽14的 底面與下軋輥1同軸；環(huán)形凸臺12的高度小于環(huán)形凹槽14的深度，兩者的差值為0. 5mm ； 環(huán)形凸臺12插入環(huán)形凹槽14中，兩側(cè)壁的公差間隙0. Imm配合。結(jié)構(gòu)如圖2所示。出料段3的兩個側(cè)板在出口端均設有兩個弧形邊，兩個弧形邊分別與上軋輥1的 輥面和下軋輥2的輥面有0. 5mm的間隙；出料段3的底板出口端設有凸起，該凸起插入環(huán)形凹槽中，出料段的底板出口端與下軋輥的輥面和環(huán)形凹槽之間有0. 5mm的間隙。傾斜板的出料段3的底板與水平面平行，進料段5的底板與水平面之間的夾角為 20°，制漿段4與進料段5兩者底板的夾角為120°，剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示。上述的傾斜板的制漿段底板15與電磁激振器9垂直連接，振動時，傾斜板在制漿 段底板15的垂直方向上振動，振動幅度額為0. 5mm。上述傾斜板的材質(zhì)為紫銅；傾斜板沒有頂板，為開放式。制漿段底板的頂面為波浪型，相鄰的波峰間距為30mm，相鄰的波峰與波谷之間的 間距為10mm，相鄰的波峰與波谷的高度差為Imm;該裝置的使用方法為啟動電磁激振器，并調(diào)好電磁激振器參數(shù)，從中間包流出的金屬熔體進入傾斜板 的進料段，傾斜板在激振器和彈簧的作用下，在制漿段底板的垂直方向上做反復振動，金屬 熔體經(jīng)過制漿段時，在剪切/振動耦合場的作用下同時逐漸冷卻，金屬的品粒被細化和球 化，獲得均勻球化的金屬半固態(tài)漿料，金屬半固態(tài)漿料進入出料段，在保持出料段存有金屬 半固態(tài)漿料的情況下，金屬半固態(tài)漿料進入雙輥軋機，在雙輥軋機軋制作用下形成金屬板
市ο采用AZ31鎂合金熔體按上述方式鑄軋成板帶，出料段內(nèi)金相組織如圖4所示，制 備的金屬板帶與傳統(tǒng)方法制備的板帶相比晶粒細小，分布均勻；制備過程中未發(fā)生金屬漿 料泄漏現(xiàn)象。實施例2制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于出料段的出口端與上軋輥的弧面、下軋輥的弧面、環(huán)形凹槽的弧面以及環(huán)形凹槽 的側(cè)面有1. Omm的間隙。環(huán)形凸臺的高度小于環(huán)形凹槽的深度，兩者的差值為1.5mm;進料段底面與水平面的夾角為50°，制漿段與進料段之間的夾角為140° ；制漿段底板的頂面為平板型。傾斜板的材質(zhì)為不銹鋼，傾斜板各段的頂面為封閉式，設有頂板。使用方法同實施例1，不同點在于實施例2的傾斜板振動幅度為1. 0mm。實施例3制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于出料段的出口端與上軋輥的弧面、下軋輥的弧面、環(huán)形凹槽的弧面以及環(huán)形凹槽 的側(cè)面有1.2mm的間隙。環(huán)形凸臺的高度小于環(huán)形凹槽的深度，兩者的差值為5mm ；進料段底面與水平面的夾角為70°，制漿段與進料段之間的夾角為160° ；制漿段底板的頂面為波浪型，相鄰的波峰間距為45mm，相鄰的波峰與波谷之間的 間距為15mm，相鄰的波峰與波谷之間的高度差為5mm。使用方法同實施例1，不同點在于實施例3的傾斜板振動幅度為1. 2mm。實施例4制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同點在于出料段的出口端與上軋輥的弧面、下軋輥的弧面、環(huán)形凹槽的弧面以及環(huán)形凹槽的側(cè)面有1. 5mm的間隙。環(huán)形凸臺的高度小于環(huán)形凹槽的深度，兩者的差值為IOmm ；進料段底面與水平面的夾角為45°，制漿段與進料段之間的夾角為135° ；制漿段底板的頂面為波浪型，相鄰的波峰間距為60mm，相鄰的波峰與波谷之間的 間距為20mm，相鄰的波峰與波谷的高度差為10mm。使用方法同實施例1，不同點在于實施例4的傾斜板振動幅度為1. 5mm。
權(quán)利要求
一種制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置，包括傾斜板、底座、電磁激振器和雙輥軋機，其特征在于該裝置還包括雙輥軋機；所述的傾斜板由進料段、制漿段和出料段依次連接構(gòu)成，各段均有一個底板和兩個側(cè)板；制漿段的底板下面與彈簧的上端連接在一起，彈簧的下端固定在底座上，電磁激振器的一端固定在底座上，另一端與制漿段的底板下面連接，出料段的出口端靠近雙輥軋機，出料段的底板和兩個側(cè)板與雙輥軋機上下兩個軋輥的輥面之間有間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置，其特征在于所述的雙輥 軋機的上軋輥上設有環(huán)形凸臺；下軋輥上設有環(huán)形凹槽；環(huán)形凸臺的高度小于環(huán)形凹槽的 深度，兩者的差值為0. 5 IOmm ；下軋輥的環(huán)形凹槽的側(cè)壁與上軋輥的環(huán)形凸臺的側(cè)壁公 差間隙0. Imm配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置，其特征在于所述的出料 段的兩個側(cè)板在出口端均設有兩個弧形邊，兩個弧形邊分別與上軋輥的輥面和下軋輥的輥 面有0. 5 1. 5mm的間隙；出料段的底板出口端設有凸起，該凸起插入環(huán)形凹槽中，出料段 的底板出口端與下軋輥的輥面和環(huán)形凹槽之間有0. 5 1. 5mm的間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置，其特征在于所述的傾斜 板的出料段的底板與水平面平行，進料段的底板與水平面之間的夾角為20° 70°，制漿 段與進料段兩者底板的夾角為120° 160°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置，其特征在于所述的制漿 段底板的上表面為波浪型或平面，當制漿段底板的上表面為波浪型時，相鄰的波峰間距為 30 60mm，相鄰的波峰與波谷之間的間距為10 20mm，相鄰的波峰與波谷的高度差為1 IOmm0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置，其特征在于所述的傾斜 板的材質(zhì)為紫銅或不銹鋼。
全文摘要
一種制備金屬板帶的連續(xù)流變成形裝置，包括傾斜板、底座、電磁激振器和雙輥軋機，其特征在于該裝置還包括雙輥軋機；所述的傾斜板由進料段、制漿段和出料段依次連接構(gòu)成；制漿段的底板下面與彈簧的上端連接在一起，彈簧的下端固定在底座上，電磁激振器的一端固定在底座上，另一端與制漿段的底板下面連接，出料段的底板和兩個側(cè)板與雙輥軋機上下兩個軋輥的輥面之間有間隙。本發(fā)明的裝置采用的電磁激振器可提供的振動頻率范圍大大增加，通過振動頻率的調(diào)整，可更加有效的對合金組織進行改善，防止金屬液在傾斜板表面結(jié)殼。
文檔編號B21B1/46GK101890431SQ20101024042
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者孫小平, 曹富榮, 管仁國, 趙占勇, 陳禮清 申請人:東北大學